将格式为 DICOM 的 CT 数据导入电脑，使用 Mimics 21.0 软件提取图像，依据不同组织的灰度值进行自动化阈值分割区分，初步分离出研究的部位主体模型及周围各部分组织等 STL 模型 ；将 STL 模型导入 Geomagic 2017 软件，抹去模型钉状物和多余特征处理，然后对模型进行优化光滑处理，使用精确曲面模块探测模型轮廓线，对变形或者不合理的轮廓进行编辑，适当添加轮廓线以方便生成曲面片；曲面片生成成功后拟合曲面，然后将拟合完成的曲面，将光滑后的模型导出为通用的STEP格式模型数据文件；接着使用 SolidWorks 2017 软件对 STEP 模型进行相关模型装配处理操作；之后将建立好的模型导入到 ansys17.0 软件，赋予对应的材料参数与载荷，最后对建立好的模型进行相关力学分析如。

文献【不同下颌角成形术后下颌骨受力的三维有限元分析】

宋健 崔剑 祝颂松 蒋文涛 徐勇强 胡静

【摘要】目的：运用三维有限元方法分析不同下颌角成形术前后下颌骨的应力应变变化。方法：通过螺旋CT扫描及相关软件进行正常下颌骨、下颌角截除术及下颌角区骨外板截除术3种下颌骨有限元建模，并利用abaqous软件对3组模型进行应力应变分析。

结果：下颌角截除术后：下颌角区的应力明显增加，而应变减少；髁突颈部的应力增加，应变则无明显变化。在下颌角区骨外板截除术后：下颌骨在下颌角及髁突颈部的应力应变均明显增加，且增幅也明显高于下颌角截除术。

结论：下颌角成形术可以对下颌骨的应力应变分布产生影响，其中下颌角区骨外板截除术会更明显的影响髁突颈部及下颌角区域的应力应变分布。

【关键词】 方颌；三维有限元分析；下颌角成形术；应力

      方颌畸形是指由于骨性或肌性原因导致的面下部过宽，面部长宽比例失调，从而呈现方形面容。随着我国经济快速发展与社会不断进步，越来越多的人以面型过方影响美观前来就诊。目前用于矫治下颌角肥大以及减小面下份宽度的整形手术通常被称为下颌角成形术(gonioplasty or mandibular angloplasty)，主要包括下颌角区骨外板截除术和下颌角截除术2种术式(2-3]。下颌角成形术需要切除没有器质性病变的下颌骨，而此是否会导致下颌骨应力应变发生变化，是临床关注的一个重要问题。

     本研究以年轻牙列完整的健康女性为实验对象，建立下颌角区骨外板截除术和下颌角截除术2种术式的人类下颌骨模型，通过三维有限元模型的建立，研究分析下颌角成形术后下颌骨应力应变的变化情况，从而为临床提供实验依据。

1材料及方法

1.1下颌角成形术前后3种模型建立

1.1.1建模材料及设备选择一例下颌角肥大牙列完整的年轻女性。西门子螺旋CT机，联想电脑（基本配置：sp2800+，内存1G），WINXP及DOS6.22操作系统，三维重建软件Mimics9.0，快速成型软件Rapid-form，有限元分析软件Abaqous。

1.1.2下颌骨螺旋CT扫描采用西门子SomatomDR3型16排螺旋CT机，扫描条件：以咬合平面为参考平面沿下颌骨下缘向上进行横断扫描，共得83层。

1.1.3建立下颌骨三维有限元模型将CT所得的DICOM格式通过Mimics软件、Rapidform软件及Abqaous软件处理，得到完整下颌骨模型，并通过软件按照手术最终效果进行切割，最终得到良好的3种下颌骨模型：完整下颌骨：196641个单元，270019个节点；下颌角截除术后模型：196632个单元，274762个节点；下颌角区骨外板截除术后模型：189382个单元，265840个节点。

1.2加载方式

1.2.1咬合加载方式在本实验中统一采用对正中咬合功能下的边界约束进行设计。

1.2.2肌力加载方式此实验统一采用包括咬肌、颞肌、翼外肌、翼内肌及二腹肌5组肌肉的肌力加载方式，各肌力向量参数（4-6]。肌力考虑成集中力形式，选择肌附着部位若干点，分别将肌力向量施加在选定的节点上。从各组模型中选择的30个测量点平均值进行计算比较。

1.3约束条件

      此实验把髁突抽象为固定的铰链约束，对下颌后牙功能尖的节点进行约束，用以模拟正中咬合。对9组肌肉采用杆单元模拟其约束，杆单元即为只受拉力而不受压力的非线性材料。

     设置髁突上表面节点在X轴方向位移为0，Z,Y方向上可以任意移动。引用材料力学性质：设各组织为各向同性均质材料、其弹性模量及泊松比（7）。

1.4统计分析

      采用t检验的成组设计两样本均数比较，对3种模型下颌角及髁突颈部的应力应变值进行比较与统计学分析，P<0.05认为有统计学差异。

2结果

      获得了完整的下颌骨三维有限元模型，并根据两种手术方案:一为截除双侧下颌角；另一为截除下颌角区骨外板，即把颏孔后至下颌角升支后缘区域的骨外板矢状劈除。运用布尔操作对下颌骨模型进行处理后建立3种下颌骨三维有限元模型（图1）。

       通过三维有限元计算分析，发现3种下颌骨在ICP咬合方式下，在髁突颈部、乙状切迹及下颌升支前后缘都出现较明显的应力集中区。在经过下颌角区骨外板截除术后下颌骨模型中，其截骨线处出现明显的集中应力区。

      应力情况：下颌角区骨外板截除术后下颌骨在下领角区及髁突颈部应力值（28.411N，52.643N）都大于正常下颌骨（6.668N，16.802N）和下颌角截除术后下颌骨（13.159N,18.04N），且下颌角截除术后下颌骨大于正常下颌骨（P<0.05）（表1,图2）。

     应变情况：下颌角区骨外板截除术后下颌骨在下颌角区应变值（0.2638mm）大于正常下颌骨（0.1321mm）和下颌角截除术后下颌骨（0.0936mm）（P<0.05），且正常下颌骨大于下颌角截除术后下颌骨（P<0.05）；在髁突颈部，下颌角区骨外板截除术后下颌骨（0.01781mm）大于正常下颌骨（0.01217mm）和下颌角截除术后下颌骨（0.01314mm)（P<0.05),而正常下颌骨与下颌角截除术后下颌骨之间无显著差异（P>0.05）（表1,图3）。

3讨论

      研究表明有限元分析在骨组织生物力学方面具有高度的准确性[8-11]。与传统的实验应力分析方法相比，其优越性表现在：(1）能够给出模型任一部位的应力及位移状态；（2)可以反复使用同一模型进行各种不同加载条件进行计算，保证了模型的完全相似；(3）借助计算机处理庞大的数据，计算准确率高；（4）无论研究对象的几何形态、材料性质、支持条件和载荷方式多么复杂，都能进行分析。

      现今很多国内外的学者担心进行下颌角成形术后，会影响下颌骨的应为应变分布，从而影响颞下颌关节生理功能，以及由于不当的咬合导致下颌骨意外骨折。本研究发现在正常下颌骨中，整个下颌骨应力分布较为连续，应力主要集中于髁突、喙突、乙状切迹、下颌升支前后缘，但最大应力位于髁突，进一步说明髁突是受力的关键。从下颌骨形态看，结构突变或薄弱位置，如颏孔、下颌角等位置，也是应力集中区。从本实验图形及数据的进一步分析中，我们发现不同下颌角成形术对下颌骨应力应变变化产生不同影响。

      下颌角截除术后，新形成的“下颌角”上移，其肌肉作用距离缩短，从而产生与正常下颌骨相比，下颌角区的应力明显增加，然而新“下颌角”骨质增宽增厚，更不容易发生变形，所以应变减少；而此术对髁突及其颈部影响不大。这些说明与正常下颌骨相比，下颌角截骨术后虽下颌角受力增加，但是更不容易发生骨折，而对髁突颈部这一薄弱部位并未产生不良影响。

     下颌角区骨外板截除术后，骨质结构改变，新形成的“下颌角”区骨质变薄，同时由于部分骨外板截除，所以髁突向下颌骨传导力部分中断，进而产生与正常下颌骨相比，下颌角区及髁突颈部的应力应变均明显增加，且增幅也明显高于下颌角截除术。以上说明与正常下颌骨及下颌角截除术后相比，下颌角区骨外板截除术所致下颌角区骨骼几何形状的改变会更明显的影响下颌骨髁突颈部及下颌角区域的应力应变分布情况，使髁突颈部及下颌角区受力明显增加并且容易出现骨折现象。

      本实验只进行了下颌角成形术后生理肌力加载下的分析，在真实情况中，可能由于患者的长期单侧咀嚼、颞下颌关节疾病、磨牙症或者牙齿缺失等问题对应力分布产生影响；下颌骨除经常处于静态负载之外还有动态负载；同时有的下颌角肥大的患者要同时进行两种手术。所以下一步的研究将围绕以下几点展开：(1）研究不同咬合方式下的下颌骨应力应变情况；(2)研究同时接受两种手术后的下颌骨的应力分布情况；（3）研究设计动态负载状态下的3种模型之间的应力关系。

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